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  <title>现代通信技术笔记 | 侯学凯的博客</title>
  








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          <h1 class="post-title" itemprop="name headline">现代通信技术笔记</h1>
        

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        <h2 id="第一节"><a href="#第一节" class="headerlink" title="第一节"></a>第一节</h2><p>信息熵：</p>
<script type="math/tex; mode=display">
 I = log_2 \frac{1}{P(x)}</script><p><strong>为什么要用调制？</strong></p>
<ol>
<li>信号想要有效的传输，必须在高频传输，因为天线长至少需要大于十分之一倍波长。</li>
<li>调制可以进行频域搬移，方便进行分频复用，提高信道利用效率。</li>
</ol>
<h2 id="第二节"><a href="#第二节" class="headerlink" title="第二节"></a>第二节</h2><p>信道对信号有两个基本的影响：</p>
<ol>
<li>信号在传输过程中会衰减，信号功率会随着传输距离的增加而下降。</li>
<li>信号传输过程中会叠加噪声。</li>
</ol>
<p>通信系统中的噪声由于概率论的中心极限定理，热噪声可以认为服从高斯分布，在相当宽的频率内可以认为功率谱均匀分布。因此，通信系统中的噪声常常被近似地描述成加性高斯白噪声。</p>
<h3 id="有线信道和无线信道"><a href="#有线信道和无线信道" class="headerlink" title="有线信道和无线信道"></a>有线信道和无线信道</h3><h4 id="有线信道"><a href="#有线信道" class="headerlink" title="有线信道"></a>有线信道</h4><ol>
<li>光纤 光波为载频，容量大，保密性好。</li>
<li>电缆 依靠电导线，包括明线、对称电缆、同轴电缆、波导管等。速率相对来说比较低。</li>
</ol>
<h4 id="无线信道"><a href="#无线信道" class="headerlink" title="无线信道"></a>无线信道</h4><ol>
<li>无线光</li>
<li>无线电通信<ul>
<li>电波传播方式 <ul>
<li>地波：靠近地面传播 f&lt;3MHz</li>
<li>天波 依靠距地面100公里的空间电离层的反射完成传播。3&lt;f&lt;30MHz </li>
<li>多径效应：由于通过电离层发射可能会有很多条路径到达接受处，不同时间到达的信号会产生干扰。 </li>
<li>空间波 空间内两点间直线传播 f&gt;30MHz</li>
</ul>
</li>
<li>无线电通信主要方式<ul>
<li>微波中继通信，300M~300G 利用微波波段的电磁波在视距范围内以微波接力形式传输信息。频带宽，容量大，传输稳定，受雨雪影响较大，传输距离受限，需要采用中继通信（80km左右建中继站）。</li>
<li>卫星通信 利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在多个地球站之间进行的通信，通信距离远，覆盖面积大，不受地形条件限制，但是延迟较高。</li>
<li>移动通信 是指通信双方至少有一方是在移动中的进行信息交换的通信方式。存在多径效应，信号传输产生衰落现象。</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
</ol>
<p>通信频率配置：无线电频率虽然不是消耗性的，通信过程中人们只是在某一地点和某段时间内占用，用毕之后依然存在。但是可以用作通信的频段有限。</p>
<p>常用通信频率：</p>
<ol>
<li>广播频率 中波光波AM :535~1605KHz 短波广播SW：2.3~26.1M 调频广播FM 87~108Mhz</li>
<li>电视广播频率 不同频道对应不同频段 48.5~958M</li>
<li>移动通信 150M 450M 900M 上行：手机到基站，下行：基站到手机用于区分通信对象。</li>
</ol>
<p>通信损耗：$L_{fs} = 32.44 + 20lgd + 20lgf$ </p>
<p>单向和双向，单工和双工通信</p>
<ul>
<li>按照信号传送的方向通信的工作方式可分为单向通信和双向通信。</li>
<li>按照信号传送的时间，双向通信又分为单工、双工和半双工通信<ul>
<li>单工：双方任何一方都不能同时收发信息，两个方向的传输只能交替进行。</li>
<li>双工：通信双方都能同时收发信息</li>
<li>半双工：其中一方双工，一方单工<br>双工实现方式： 频分双工（FDD）、时分双工（TDD）</li>
</ul>
</li>
<li>频分双工：用不同的频率来区分接收和发送</li>
<li>时分双工：通信时划分不同时间段来区分发送接收</li>
</ul>
<p>全双工：同频同时，信号接收时会同时受到发送信号的干扰。但是我们知道具体的发送信号，从接收信号中去除掉发送信号即可，这种方法叫做干扰对消。</p>
<h2 id="第三节"><a href="#第三节" class="headerlink" title="第三节"></a>第三节</h2><h3 id="信息及其度量"><a href="#信息及其度量" class="headerlink" title="信息及其度量"></a>信息及其度量</h3><p>信息量的定义：</p>
<p>P(x) 为消息x出现的概率。</p>
<p> $I = -log_a P(x)$</p>
<p>信源发出信息的平均信息量为各消息信息量的统计平均数</p>
<p>$H(x) = -\sum_{n=1}^NP(x_n)log_aP(x_n)$</p>
<p>a = 2 时的单位为比特。独立等概时，信源熵最大。</p>
<h3 id="通信系统的主要性能指标"><a href="#通信系统的主要性能指标" class="headerlink" title="通信系统的主要性能指标"></a>通信系统的主要性能指标</h3><ol>
<li>有效性：是指在给定的信道内传输的信息内容的多少，表征通信系统传输信息的数量指标。</li>
<li>可靠性：是指接受信息的准确程度，表征通信系统传输信息的质量指标。</li>
<li>有效性和可靠性相互制约。</li>
</ol>
<p>码元传输速率 Rs：即码元速率或传码率，为每秒钟传输码元的数目，Rs = I/Ts 单位为波特（Bd）<br>信息传输速率Rb：信息速率或传信率，每秒传输信息量Rb = I/Tb单位为比特每秒</p>
<p>若信源熵为H(X) ,传信率与传码率关系为 Rb = RsH(X)</p>
<p>对于M进制码元，各符号等概率出现时，Rb = Rs log<sub>2</sub>M</p>
<p>数字通信的有效性一般用频带利用率来衡量。</p>
<p>$\eta_b = \frac{R_b}{B}$<br>$\eta_s = \frac{R_s}{B}$</p>
<p>可靠性可用接收机恢复消息时的差错概率来衡量。</p>
<p>SER = 错误的符号数/传输的总符号数<br>BER = 错误的比特数/传输的总比特数</p>
<p>模拟通信系统的主要性能指标</p>
<ol>
<li>有效性：传输带宽</li>
<li>可靠性：信噪比，信号噪声功率之比。</li>
</ol>
<p>AWGN信道容量 - 香农公式</p>
<p>信道容量表征了一个信道传输信息的能力，用信道最大可能的信息传输速率来度量</p>
<p>C = max Rb</p>
<p>加性高丝白噪声信道宽度为B 信号功率为S 噪声功率为N 其信道容量为</p>
<p>$C = B \cdot log_2(1+\frac{S}{N})$</p>
<p>信道容量为信息可靠传输条件下通过信道传输信息的最大速率，其单位与传信率一样。</p>
<p>香农公式的讨论：增大信噪比，信道容量增加，增大信道带宽，信道容量也增加。</p>
<p>任何一个信道，都有信道容量，如果通过信道传输的信息速率不大于信道容量，则理论上存在一种方法，可以使信息以任意小的差错率通过信道传输；否则，如果信息传输速率大于信道容量，则信息在传输中必然会出现差错。</p>
<h2 id="第四节"><a href="#第四节" class="headerlink" title="第四节"></a>第四节</h2><h3 id="信号与噪声分析"><a href="#信号与噪声分析" class="headerlink" title="信号与噪声分析"></a>信号与噪声分析</h3><p>信号的描述与分析方法</p>
<p>信号的时间函数和波形</p>
<p>s(t) s(x,y,t)</p>
<p>S(f) S(U,V,f)</p>
<p>通信系统中信号的功用：</p>
<ul>
<li>任何通信，其目的都是要把信息借一定形式的信号从一个地方传递到另一个地方</li>
<li>在现代通信中信息的传递主要借助于电信号和光信号，以实现任意通信距离上信息的迅速及时、可靠而有效的传递。</li>
</ul>
<h3 id="通信信号的属性："><a href="#通信信号的属性：" class="headerlink" title="通信信号的属性："></a>通信信号的属性：</h3><p>音频信号：</p>
<ul>
<li>300——3400Hz电话</li>
<li>20——20000Hz高保真立体声音频</li>
</ul>
<p>视频信号：<br>0——6MHz</p>
<p>基带信号：<br>信源发出的消息经过非电/电变换获得的电信号通常具有低通型频谱，频谱从零频附近开始到几兆赫兹，通常称为基带信号。</p>
<p>带通信号：<br>基带信号经过调制，其频谱将变换到某个载波频率附近，这样的信号就是载波通信中常用的带通信号。数学上可一般地描述为</p>
<script type="math/tex; mode=display">
s(t) = a(t)cos[\omega_c t+\theta(t)]</script><h2 id="第六节"><a href="#第六节" class="headerlink" title="第六节"></a>第六节</h2><h3 id="希尔伯特变换"><a href="#希尔伯特变换" class="headerlink" title="希尔伯特变换"></a>希尔伯特变换</h3><p>在时域，希尔伯特变换相当于输入信号为f(t),冲激响应为1/pi t 的移相器</p>
<h2 id="第九节"><a href="#第九节" class="headerlink" title="第九节"></a>第九节</h2><h3 id="模拟电话通信原理"><a href="#模拟电话通信原理" class="headerlink" title="模拟电话通信原理"></a>模拟电话通信原理</h3><p>基本原理：声电变换，信道传输电信号，电声变换</p>
<h3 id="拨号方式"><a href="#拨号方式" class="headerlink" title="拨号方式"></a>拨号方式</h3><ol>
<li>脉冲拨号方式，用电脉冲的个数表示0~9十个阿拉伯数字</li>
<li>双音频拨号，以八选二的方式，从八个单音频中分别选择两个不同的单音频代表0~9两个阿拉伯数字</li>
</ol>
<h3 id="为什么要进行调制传输"><a href="#为什么要进行调制传输" class="headerlink" title="为什么要进行调制传输"></a>为什么要进行调制传输</h3><ul>
<li>调制是有效辐射电磁波的唯一手段。</li>
<li>无相互干扰地同时传送多路信号的手段之一就是利用调制技术实现频分多路复用</li>
<li>有效的调制可以抑制不希望的信号的传输。</li>
</ul>

      
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              <p class="site-author-name" itemprop="name">Kai</p>
              <p class="site-description motion-element" itemprop="description">这里我会放一些平常学习积累的东西，我的邮箱是hxk0912@foxmail.com</p>
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